【正文】 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)論文 題 目： 基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易電子琴設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 : 指 導(dǎo)教師 : 完成日期 : 20221227 I 目 錄 摘要 ...................................................................... 1 緒論 .......................................................................2 1方案論證 ................................................................ 3 圖 ................................................................ 3 .............................................................. 3 紹 ............................................ 4 ......................................................... 5 ...................................................... 8 ............................................................. 13 2實(shí)現(xiàn)過(guò)程 ............................................................... 14 程序設(shè)計(jì)內(nèi)容 ....................................................... 14 I/O并行口直接驅(qū)動(dòng) LED顯示 ......................................... 14 音樂(lè)產(chǎn)生的方法 ....................................................... 15 原理 ............................................................... 15 程序框圖 ........................................................... 16 3全文總結(jié) ............................................................... 17 ............................................................... 18 參考文獻(xiàn) ................................................................. 19 附錄 ..................................................................... 20 ............................................................. 20 ............................................................... 21 ............................................................. 22 ............................................................. 23 1 摘 要 在現(xiàn)代各種生活中，電子琴作為一種音樂(lè)型玩具 ，廣泛用于與人們的日常生活中。市場(chǎng)上有各種各樣的電子琴。特別是日本產(chǎn)的，音質(zhì)優(yōu)美，它是有專門(mén)的音樂(lè)控制芯片制造的。由于其價(jià)格較貴，無(wú)法大面積普及，且功能單一。用 89c51作為主控中心，研制一種簡(jiǎn)易的微型電子琴，盡可能地體現(xiàn)較好的音質(zhì)來(lái)，是一種可做的嘗試。 以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易電子琴系統(tǒng)，由按鍵 掃描電路、聲音產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電路、復(fù)位電路、等模塊組成的，是一種比較實(shí)用、廉價(jià)的電子玩具。 本論文所設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易電子琴，它分為兩大部分，硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。硬件電路的設(shè)計(jì)以 AT89S51單片機(jī)為控制主板，輔以外圍的擴(kuò)展設(shè)備蜂鳴器、矩陣鍵盤(pán)、共陽(yáng)數(shù)碼管，形成一個(gè)可被控制的顯示系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)通過(guò)控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0 來(lái)產(chǎn)生不同頻率的方波 ,驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出不同音節(jié)的聲音 .再利用延遲來(lái)控制發(fā)音時(shí)間的長(zhǎng)短 ,即可控制音調(diào)中的節(jié)拍 .把樂(lè)譜中的音符對(duì)應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換為定時(shí)常數(shù) ,把相應(yīng)的節(jié)拍變換為定時(shí)常數(shù) ,然后作成表格存 放在儲(chǔ)存器中 ,由程序查表得到定時(shí)常數(shù)和延時(shí)常數(shù) ,分別用以控制定時(shí)器產(chǎn)生方波的頻率和該頻率方波的持續(xù)時(shí)間 .當(dāng)延遲常數(shù)到時(shí) ,再查下一個(gè)音符的定時(shí)常數(shù)和延遲常數(shù) .依次進(jìn)行下去 ,就可演奏悅耳動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè) .主要實(shí)現(xiàn) 1》能夠發(fā)出。 2》能自動(dòng)演奏完，自選的一首歌曲兩種功能。 2 緒 論 本次設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易電子琴在其功能 上能用單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)聲，擬合出樂(lè)曲曲調(diào)。能夠相應(yīng)按鍵，進(jìn)行簡(jiǎn)單的樂(lè)曲彈奏。 本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為基礎(chǔ) ,在論文中大概講述了一下單片機(jī)的原理。 在此次設(shè)計(jì)中，簡(jiǎn)易電子琴的外圍設(shè)備主要有以下二個(gè)部分： 發(fā)聲器件的選擇：發(fā)聲器件比較多，例如喇叭、蜂鳴器、電鈴等。這次發(fā)聲元件采用蜂鳴器，蜂鳴器價(jià)格便宜，控制簡(jiǎn)單，廣泛用于各種電子產(chǎn)品和玩具。本設(shè)計(jì)為保證聲音的響亮，通過(guò)三極管進(jìn)行電流放大，增加聲音的響度。 按鍵部分的設(shè)計(jì)：在本電路的按鍵接口設(shè)計(jì)，按鍵數(shù)量比較多。 數(shù)碼管顯示電路：為指示出當(dāng)前演奏 的曲目標(biāo)號(hào)和顯示當(dāng)前按下的鍵號(hào)，我們采用 1位數(shù)碼管作為顯示部件，為了節(jié)省成本，采用 I/O口直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。這樣設(shè)計(jì)充分利用了單片機(jī)的資源，使此設(shè)計(jì)才功能上很豐富、完善。 3 1 方案論證 本文就是從單片機(jī) STC89C51 入手，通過(guò)使用 STC89C51 的內(nèi)部的可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，結(jié)合對(duì)外接晶振的調(diào)節(jié)來(lái)確定一個(gè)合適的振蕩周期，從而確定出內(nèi)部的機(jī)器周期。該簡(jiǎn)易電子琴通過(guò)控制單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器 T0 來(lái)產(chǎn)生不同頻率的方波 ,驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出不同音節(jié)的聲音 .再利用延 遲來(lái)控制發(fā)音時(shí)間的長(zhǎng)短 ,即可控制音調(diào)中的節(jié)拍 .把樂(lè)譜中的音符對(duì)應(yīng)的頻率轉(zhuǎn)換為定時(shí)常數(shù) ,把相應(yīng)的節(jié)拍變換為定時(shí)常數(shù) ,然后作成表格存放在儲(chǔ)存器中 ,由程序查表得到定時(shí)常數(shù)和延時(shí)常數(shù) ,分別用以控制定時(shí)器產(chǎn)生方波的頻率和該頻率方波的持續(xù)時(shí)間 .當(dāng)延遲常數(shù)到時(shí) ,再查下一個(gè)音符的定時(shí)常數(shù)和延遲常數(shù) .依次進(jìn)行下去 ,就可演奏悅耳動(dòng)聽(tīng)的音樂(lè) 4 主要芯片簡(jiǎn)介 STC89C51簡(jiǎn)介 一、 單片機(jī)的主要性能特點(diǎn) ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機(jī)采用高 性能的靜態(tài) 80C51 設(shè)計(jì)，欲先進(jìn)工藝制造，并帶有非易失性 FLASH程序儲(chǔ)存器。它是一它是一種高性能，低功耗的8位 CMOS微處理芯片。主要性能特點(diǎn)有： ● 8KB Flash ROM，可以擦除 1000次以上。數(shù)據(jù)保存 10年， ● 256字節(jié)內(nèi)部 RAM ●電源控制模式：時(shí)鐘可停止和恢復(fù)；空閑模式；掉電模式。 ● 6個(gè)中斷源 ● 4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) ● 4個(gè) 8位 I/O 口 ●全雙工增強(qiáng)型 UART ● 3個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， T9， T1和增加的 T2 ●全靜態(tài)工作方式： 0~24MHz 二 、單片機(jī)的引腳功能 89C51 單片機(jī)的引 腳圖見(jiàn)圖 所示 ,其中有 2 條主電源引腳 ,2 條外接晶體引腳 ,4條控制或其他電源復(fù)用引腳 ,32條 I/O 引腳。下面分別敘述這些引腳的功能。 顯示電路 （ 89C51） 主控模塊 鍵掃描電路 發(fā)聲電路 5 圖 89C51單片機(jī)的引腳圖 ● VCC（ 40腳）：接電源 +5V。 ● VSS（ 20腳）：接地 也就是 GND。 ● XTAL1 （ 19 腳） 和 XATL2（ 18 腳）：接振蕩電路，單片機(jī)是一種時(shí)序電路 必須有脈沖信號(hào)才能工作 在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 ● PSEN（ 29 腳）：片外 ROM 選通信號(hào) ,低電平有效 .他同樣可以 驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)LSTTL輸入。 ● ALE/PROG（ 30 腳）：地址鎖存信號(hào)輸出端 /EPROM 編程脈沖輸入端。為了使地址與數(shù)據(jù)不混淆 ,通常是先送地址再傳送數(shù)據(jù)。 ALE 將 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存 ,從而實(shí)現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的分離。 ● RST/VPD（ 9 腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端 /備用電源輸入端。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將使單片機(jī)復(fù)位。 VCC 掉電期間 ,此引腳可以接上備用電源 ,以保存內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失 。當(dāng) VCC 低于規(guī)定水平時(shí) ,VPD向內(nèi)部 RAM提供備用電源。 ● EA/VPP（ 31）：內(nèi) /外部 ROM 選擇端。當(dāng) EA端保持高電平時(shí)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。當(dāng) EA 端保持低電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 ● P0 口（ ~ 共 8個(gè)引腳 ,既 3932 腳）：雙向 三態(tài) I/O 口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí) ,可分別用低 8位地址線和 8位數(shù)據(jù)線 。P0口可以驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL P1輸入。 ● P1 口（ ~ 共 8個(gè)引腳 ,既 18 腳） P1口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 口 ,在 EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí) ,它接受低 8位地址 ,能驅(qū)動(dòng) 4個(gè)LSTTL輸入。 6 ● P2 口（ ~ 共 8 個(gè)引腳 ,既 2128 腳）： P2 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 口 , 在 EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí) ,它接受高 8位地址 ,能驅(qū)動(dòng)4個(gè) LSTTL輸入。 ● P3 口 （ ~ 共 8個(gè)引腳 ,既 1017 腳）： P3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/0 口。他是個(gè)多用途口。在這 8個(gè)引腳里，其中 功能是外部中斷 0申請(qǐng)輸入端； 1申請(qǐng)輸入端； 的第二功能是定時(shí)器 0申請(qǐng)輸入端。 三 、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組成結(jié)構(gòu) 單片機(jī)是由中央處理器（ CPU）、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ ROM）和輸入輸出接口（ I/O 口）四大部分組成： ⑴ CPU是單片機(jī)的核心部分。其作用是讀入和分析每條指令，根據(jù)指令要求控制各個(gè)部件執(zhí)行相應(yīng)的操作，它包括運(yùn)算器和控制器兩大部分：一是運(yùn)算器包括算術(shù)／邏輯部件 (ALU)、累加器 A、暫存寄存器、寄存器 B、程序狀態(tài)寄存器（ PSW），十進(jìn)制調(diào)整電路等。運(yùn)算器主要用于實(shí)現(xiàn)算術(shù) /邏輯運(yùn)算及位操作運(yùn)算。二是控制器包括時(shí)鐘發(fā)生器 ,定時(shí)控制邏輯 ,指令寄存器 ,指令譯碼器 ,程序計(jì)數(shù)器 PC,程序地址寄存器 ,數(shù)據(jù)指令寄存器 DPTR 和堆棧指 針 SP 等。控制器是用來(lái)統(tǒng)一指揮和控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行工作的部件。 ⑵ 單片機(jī)存儲(chǔ)器 ，單片機(jī)在物理上有 4 個(gè)存儲(chǔ)空間 :片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器 , 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 .8051 片內(nèi)有 4KB 的程序存儲(chǔ)器和 256B 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。下面分別介紹程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序、表格和常數(shù)。 8051單片機(jī)內(nèi)部有 4KB的片內(nèi) ROM 和 64KB的片外 ROM,兩者是統(tǒng)一編址的。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 8051 內(nèi)部有 256B RAM,片外最多可以擴(kuò)展 64KB RAM。片內(nèi) 256 KB RAM 按其功能劃分兩部分 :低 128B 位片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū) ,地址空間為 00H~7FH。高128B 位特殊功能寄存器的區(qū)域 .地址空間為 80H~FFH。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低 128 單元， 8051 內(nèi)部低 128B RAM 是真正的 RAM,可用于暫存運(yùn)算結(jié)果及標(biāo)志位等 .按其用途可以分為三部分 :工作寄存器區(qū) 。位尋址區(qū) 。用戶 RAM區(qū)。內(nèi)部 RAM 的高于 128單元是供給特殊功能寄存器使用，因此稱特殊功能寄存器： ① 指令寄存器 IR 和指令譯碼器 ID。指令寄存器是存放指令代碼的地方。當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)， CPU 把從程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，然后指令譯碼器譯碼后由定 時(shí)控制電路發(fā)生相應(yīng)的控制信號(hào)，最終完成指令所規(guī)定的操